專(zhuān)利名稱(chēng)：避免在手動(dòng)進(jìn)給工具機(jī)中因工具卡死造成事故的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種方法以及一種以使用此方法為基礎(chǔ)的裝置，用于避免在用手動(dòng)進(jìn)給的帶旋轉(zhuǎn)工具的工具機(jī)特別是沖擊鉆機(jī)工作時(shí)由于工具卡死而發(fā)生事故，此工具機(jī)配備一個(gè)切斷裝置，它根據(jù)由運(yùn)動(dòng)測(cè)量裝置提供的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)參數(shù)獲知的工作狀態(tài)，中止驅(qū)動(dòng)電機(jī)對(duì)工具的作用。
在手動(dòng)進(jìn)給的尤其是那些大功率的工具機(jī)如沖擊鉆機(jī)中，由于工具突然卡死和與之相聯(lián)系的反力矩(Reaktionsmoment)迅速增大引起旋轉(zhuǎn)事故，也就是說(shuō)尤其是在腕關(guān)節(jié)或手臂部位受傷或?qū)Ь€、機(jī)架墜落等，是人們長(zhǎng)期以來(lái)已知的和討論得很多的問(wèn)題。在許多針對(duì)此問(wèn)題的已知的解決辦法中只作為舉例列出文件EP150669A2和WO88/06508A3。通過(guò)使用一個(gè)裝在工具機(jī)外殼內(nèi)部或外殼上的檢測(cè)手動(dòng)進(jìn)給工具機(jī)外部回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)加速度的扭轉(zhuǎn)傳感器尤其是加速度傳感器，必要時(shí)依據(jù)不同的預(yù)定值一標(biāo)準(zhǔn)，例如加速度閾值，觸發(fā)一個(gè)開(kāi)關(guān)離合器，它切斷驅(qū)動(dòng)電機(jī)與真正的工具設(shè)備尤其是鉆桿之間的驅(qū)動(dòng)鏈。在這兩種已知的類(lèi)似的解決辦法中存在的困難是，即使在機(jī)器按所要求的用途工作時(shí)，例如用沖擊鉆機(jī)在結(jié)構(gòu)不均勻的混凝土拌合物中加工時(shí)，也會(huì)導(dǎo)致誤觸發(fā)安全離合器。之所以發(fā)生這種情況是與這種解決辦法從根本上講是一種直接的信號(hào)分析而沒(méi)有對(duì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)估有關(guān)，也就是說(shuō)是一種借助于必然比較低的安全閾值進(jìn)行的信號(hào)分析，沒(méi)有逐個(gè)地評(píng)估具體的故障情況。
對(duì)加速度傳感器提供的信號(hào)采取預(yù)見(jiàn)性的評(píng)估方法獲得一種顯著的改進(jìn)，如專(zhuān)利文件DE4344817C2中所介紹的那樣。這種經(jīng)改進(jìn)的方法基于這一思想，即，在預(yù)先給定一個(gè)時(shí)間常數(shù)的情況下，根據(jù)加速度傳感器所提供的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，預(yù)見(jiàn)性地算出一個(gè)基于在工具卡死或部分卡死時(shí)的反力矩預(yù)期的工具機(jī)扭轉(zhuǎn)角，并在此算得的預(yù)期扭轉(zhuǎn)角超過(guò)可預(yù)定的最大允許扭轉(zhuǎn)角時(shí)起動(dòng)安全離合器。在這里機(jī)器未來(lái)的行為特性直接在出現(xiàn)一種故障情況后評(píng)估，并在工具機(jī)受旋轉(zhuǎn)脈沖載荷時(shí)采取對(duì)抗措施，由于這種旋轉(zhuǎn)脈沖避免不了發(fā)生事故。
然而按上述德國(guó)專(zhuān)利文件所述的對(duì)于這些手動(dòng)進(jìn)給工具機(jī)的實(shí)際工作大有希望的解決辦法仍然擺脫不了兩個(gè)重要的經(jīng)多個(gè)試驗(yàn)確認(rèn)的問(wèn)題(1)工具的旋轉(zhuǎn)軸在卡死的決定性瞬間往往不見(jiàn)得一定在工具軸線上；以及(2)重力加速度影響加速度計(jì)的測(cè)量信號(hào)，而且取決于工具的瞬時(shí)位置。
因此本發(fā)明的目的是要改進(jìn)前言所述類(lèi)型的手動(dòng)進(jìn)給工具機(jī)，使得在工具卡死時(shí)通過(guò)反脈沖(Reaktionsimpuls)或反力矩借助于運(yùn)動(dòng)傳感器觸發(fā)的測(cè)量信號(hào)，即使在故障情況下，工具的旋轉(zhuǎn)軸線扭曲時(shí)，也仍能提供一個(gè)有關(guān)危險(xiǎn)的卡死狀況的唯一性的說(shuō)明，與此同時(shí)應(yīng)修正重力加速度對(duì)測(cè)量信號(hào)的影響量。
對(duì)于一種用于避免在用手動(dòng)進(jìn)給帶旋轉(zhuǎn)工具的工具機(jī)尤其是沖擊鉆機(jī)工作時(shí)由于工具卡死造成事故的方法，其中，這些工具機(jī)配備有切斷裝置，用于根據(jù)由運(yùn)動(dòng)測(cè)量裝置提供的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)參數(shù)獲知的工作狀態(tài)切斷驅(qū)動(dòng)電機(jī)與工具的工作聯(lián)系，按本發(fā)明此方法的特征在于，工具機(jī)的運(yùn)動(dòng)在工具機(jī)的至少兩個(gè)彼此之間以及相對(duì)于工具在正常運(yùn)行時(shí)的旋轉(zhuǎn)軸線相隔一定空間距離的地方測(cè)量；以及，所得到的測(cè)量值在進(jìn)一步處理和評(píng)估前彼此相減。
按上述類(lèi)型用于避免在帶旋轉(zhuǎn)工具的手動(dòng)進(jìn)給工具機(jī)中由于工具卡死造成旋轉(zhuǎn)事故的裝置的特征在于，在工具機(jī)的外殼內(nèi)部在空間上彼此之間和相對(duì)于工具軸線最好距離不同的地方安裝至少兩個(gè)加速度傳感器，尤其考慮到成本最好是線性加速度傳感器，作為扭轉(zhuǎn)傳感器；以及，電子分析器包含一減法級(jí)，由加速度傳感器分別提供的信號(hào)在計(jì)算規(guī)定用于觸發(fā)切斷裝置的信號(hào)前在減法級(jí)中彼此相減。
按本發(fā)明的方法和以此方法為基礎(chǔ)的裝置有利的補(bǔ)充和設(shè)計(jì)方式是各從屬權(quán)利要求的內(nèi)容。
按本發(fā)明的方法和以此方法為基礎(chǔ)的安全裝置對(duì)在上述德國(guó)專(zhuān)利文件中所介紹的解決辦法的改進(jìn)有利和突出地表現(xiàn)在，在這里由多個(gè)加速度傳感器分別提供的信號(hào)，在工具機(jī)預(yù)期的和可預(yù)定的扭轉(zhuǎn)角計(jì)算前彼此相減。
有關(guān)預(yù)期的扭轉(zhuǎn)角的計(jì)算、減少或消除低頻或高頻干擾、以及用于預(yù)期的臨界扭轉(zhuǎn)角可靠地預(yù)見(jiàn)性計(jì)算所適用的數(shù)學(xué)原理和算法，仍可參閱DE4344817C2。
下面借助于附圖表示的作為舉例的實(shí)施形式進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明及有利的詳情。其中

圖1A或1B示意表示沖擊鉆機(jī)的側(cè)視圖和后視圖作為手動(dòng)進(jìn)給的工具機(jī)的舉例，其中配備有兩個(gè)加速度傳感器；圖2 按圖1的沖擊鉆機(jī)局部剖切示意圖；以及圖3 按圖1的手持式工具機(jī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)模型原理圖，在所表示的例子中工具機(jī)配備有兩個(gè)線性的加速度傳感器。
圖1A/B和圖2在原理圖中表示了一臺(tái)手動(dòng)進(jìn)給工具機(jī)M主要與本發(fā)明有關(guān)的所關(guān)心的構(gòu)件，它的工作狀態(tài)借助于兩個(gè)加速度傳感器1a和1b監(jiān)控。在圖1B中用箭頭表示，當(dāng)工具8卡死時(shí)有什么樣的加速度10或偏轉(zhuǎn)力沿何種偏轉(zhuǎn)方向11作用在工具機(jī)上。加速度傳感器1a、1b的信號(hào)經(jīng)由一個(gè)用于信號(hào)整形、A/D轉(zhuǎn)換等的輸入接口2到電子分析器3，它可以是一個(gè)微處理器、按離散的電路技術(shù)設(shè)計(jì)的微型計(jì)算機(jī)、信號(hào)處理器等。在此分析器3中，加速度傳感器1a、1b已數(shù)字化的信號(hào)首先彼此相減，如下面詳細(xì)說(shuō)明和作為依據(jù)的那樣。接著，如此得出的結(jié)果通過(guò)一種以模型或法則為基礎(chǔ)的算法進(jìn)行評(píng)估，這種算法預(yù)言在加速度傳感器1a、1b產(chǎn)生反應(yīng)時(shí)手持式工具機(jī)M的工作狀態(tài)。不過(guò)本發(fā)明還可以有利地使用于這樣一些應(yīng)用場(chǎng)合，即在那里不實(shí)施有關(guān)工具機(jī)預(yù)期扭轉(zhuǎn)角的預(yù)見(jiàn)性計(jì)算，也就是說(shuō)在這些安全裝置中使用，它們直接評(píng)估由于工具卡死產(chǎn)生的加速度信號(hào)，并在超過(guò)一個(gè)規(guī)定的水平(必要時(shí)經(jīng)干擾信號(hào)過(guò)濾以及一次和/或二次積分)時(shí)直接用于觸發(fā)驅(qū)動(dòng)中斷裝置。
若由于工具卡死檢測(cè)到一個(gè)被分析器3歸入“危險(xiǎn)”級(jí)的加速度，則經(jīng)由輸出接口4操縱工作切斷裝置，亦即具體為離合器5，它切斷驅(qū)動(dòng)電機(jī)7與工具卡頭或工具8之間的驅(qū)動(dòng)鏈以及必要時(shí)附加地觸發(fā)斷電器6。
如下面參見(jiàn)圖3說(shuō)明的那樣，按本發(fā)明的方法和以此方法為基礎(chǔ)的測(cè)量系統(tǒng)對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)任意一根旋轉(zhuǎn)軸線以及對(duì)于可能偏傾或扭曲的工具軸線有可靠的影響。
運(yùn)動(dòng)測(cè)量裝置如已提及的那樣至少有兩個(gè)加速度傳感器1a、1b，它們的測(cè)量結(jié)果按本發(fā)明在進(jìn)一步處理前相減。由下面針對(duì)兩種可能的應(yīng)用情況的公式推導(dǎo)可以看出，對(duì)于電動(dòng)工具的每一個(gè)可能的使用位置重力加速度的干擾量都消除了。
在按圖3的加速度測(cè)量裝置1中規(guī)定，第二個(gè)傳感器1b位于一個(gè)在正常工作時(shí)包含旋轉(zhuǎn)軸線9的平面內(nèi)。不過(guò)此旋轉(zhuǎn)軸線可以在被采用的二維傳感器平面內(nèi)處于任意位置，并如由下面的數(shù)學(xué)推導(dǎo)可知始終提供一個(gè)消除了誤差的信號(hào)。原則上還可以設(shè)兩個(gè)以上的傳感器，在這種情況下便可以通過(guò)求平均值或奇偶校驗(yàn)提高所獲得信號(hào)的可靠度。若設(shè)兩個(gè)冗余的傳感器時(shí)，原則上可以延長(zhǎng)一次安全檢驗(yàn)的時(shí)間間隔。
圖3中所給的參數(shù)表示a1、a2＝第一加速度傳感器1a和第二加速度傳感器1b的測(cè)量信號(hào)；a1和a2具體代表繞有關(guān)旋轉(zhuǎn)軸線的切線加速度，在下面它們作為“情況1”和“情況2”進(jìn)行進(jìn)一步研究；d＝ 加速度傳感器1a、1b的距離；r1a1、r1b1＝“情況1”的加速度傳感器1a、1b的距離，其中，工具(想象的)旋轉(zhuǎn)軸線12例如在工具卡死時(shí)相對(duì)于正常工作時(shí)的驅(qū)動(dòng)軸線或旋轉(zhuǎn)軸線9向下錯(cuò)移；以及r1a2、r1b2＝在“情況2”時(shí)加速度傳感器1a、1b離(想象的)旋轉(zhuǎn)軸線的距離，也就是在卡死時(shí)工具的旋轉(zhuǎn)軸線13相對(duì)于正常工作時(shí)的驅(qū)動(dòng)軸線或旋轉(zhuǎn)軸線9向上錯(cuò)移；
＝ 工具卡死時(shí)預(yù)期的扭轉(zhuǎn)角。
對(duì)“情況1”的數(shù)學(xué)推導(dǎo)旋轉(zhuǎn)加速度
d＝r1a1+r1b1 (2)a1r1b1＝-a2r1a1a1r1b1+a1r1a1＝-a2r1a1+a1r1a1a1(r1a1+r1b1)＝r1a1(a1-a2)a1r1a1=-a1-a2r1a1+r1b1---(3)]]>方程(3)代入方程(1)并與方程(2)聯(lián)立得出旋轉(zhuǎn)加速度
顯然，
的值不再與重力加速度有關(guān)，因?yàn)樵趦蓚€(gè)加速度傳感器a1或a2中重力加速度部分存在相等的大小，如由方程(4)所表示的那樣，也就是說(shuō)完全被補(bǔ)償。
對(duì)“情況2”的數(shù)學(xué)推導(dǎo)
d＝r1a2+r1b2 (2′)-a1r1b2＝-a2r1a2-a1r1b2+a1r1a2＝-a2r1a2+a1r1a2a1(r1a2+r1b2)＝r1a2(a1-a2)a1r1a2=a1-a2r1a2-r1b2---(3′)]]>
方程(3′)代入方程(1′)并與方程(2′)聯(lián)立得出
也就是說(shuō)對(duì)于“情況2”也適用的是，提供用于信號(hào)分析的測(cè)量信號(hào)值，亦即旋轉(zhuǎn)加速度，不再與對(duì)兩個(gè)加速度傳感器相同的萬(wàn)有引力亦即重力加速度有關(guān)。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)原則上適用任何一種具有這樣一些加速度傳感器或加速度敏感元件的測(cè)量系統(tǒng)，亦即它們從壓電、壓阻或慣性為基礎(chǔ)和/或作為組合在微電子電路中的一體部分實(shí)現(xiàn)。電子分析器可以或借助于運(yùn)算放大器和相應(yīng)的濾波電路模擬式地實(shí)現(xiàn)，或使用具有相配處理器接口的微處理器數(shù)字式地實(shí)現(xiàn)(參見(jiàn)DE4344817C2)。同樣可能的是如在DE19641618A1中詳細(xì)說(shuō)明的那樣分析器按模糊邏輯的方式實(shí)現(xiàn)。
為了實(shí)行作為本發(fā)明基礎(chǔ)的原理，原則上可使用任何已知用于加速度、角加速度或扭轉(zhuǎn)角的測(cè)量方法。在上述實(shí)施例中主要考慮到成本采用了例如基于壓電測(cè)量方法的線性加速度傳感器。但原則上也適用脈沖無(wú)線電和磁的角增量傳感器、微型機(jī)械式加速度傳感器、光光測(cè)量方法、磁流體動(dòng)力學(xué)測(cè)量方法、按弗拉里斯原理(Ferraris-Prinzip)的旋轉(zhuǎn)加速度測(cè)量方法、電容測(cè)量方法或DMS加速度敏感元件(傳感器)。
權(quán)利要求
1.用于避免在用手動(dòng)進(jìn)給的帶旋轉(zhuǎn)工具(8)的工具機(jī)尤其沖擊鉆機(jī)工作時(shí)由于工具卡死造成事故的方法，此工具機(jī)配備一個(gè)切斷裝置(5、6)，用于根據(jù)通過(guò)運(yùn)動(dòng)測(cè)量裝置(1)測(cè)得的工作狀態(tài)中止驅(qū)動(dòng)電機(jī)(7)對(duì)工具(8)的作用，其特征為工具機(jī)的運(yùn)動(dòng)在空間上在工具機(jī)的至少兩個(gè)彼此之間以及相對(duì)于工具軸線相隔一定空間距離的地方測(cè)量；以及，所得到的測(cè)量值(a1、a2)在計(jì)算一個(gè)觸發(fā)切斷裝置(5、6)的信號(hào)前彼此相減。
2.按照權(quán)利要求1所述的方法，其特征為工具機(jī)的運(yùn)動(dòng)在空間上在相對(duì)于工具軸線有不同間距的地方測(cè)量。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征為在空間上在至少兩個(gè)彼此相隔一定空間距離的地方檢測(cè)工具機(jī)的加速度作為運(yùn)動(dòng)參數(shù)。
4.按照權(quán)利要求3所述的方法，其特性為在由至少兩個(gè)加速度傳感器提供的測(cè)量值相減后，在給定一個(gè)時(shí)間常數(shù)的情況下，根據(jù)通過(guò)減法獲得的旋轉(zhuǎn)加速度值，預(yù)見(jiàn)性地計(jì)算一個(gè)工具機(jī)(M)預(yù)期的扭轉(zhuǎn)角()并在一旦算出的預(yù)期的扭轉(zhuǎn)角超過(guò)一個(gè)可預(yù)定的最大允許扭轉(zhuǎn)角時(shí)起動(dòng)切斷裝置(5、6)。
5.用于避免在手動(dòng)進(jìn)給的帶旋轉(zhuǎn)工具的工具機(jī)尤其沖擊鉆機(jī)中由于工具卡死造成事故的裝置，此工具機(jī)配備一個(gè)切斷裝置(5、6)，用于根據(jù)通過(guò)加速度測(cè)量裝置(1)測(cè)得的工作狀態(tài)中止驅(qū)動(dòng)電機(jī)(7)對(duì)工具(8)的作用，其特征為加速度測(cè)量裝置至少在工具機(jī)殼體內(nèi)部的兩個(gè)彼此之間以及相對(duì)于工具軸線相隔一定空間距離的地方配備裝配好的加速度傳感器(1a、1b)；以及，處理加速度傳感器加速度信號(hào)(a1、a2)的電子分析器(3)包含一減法級(jí)，由加速度傳感器分別提供的信號(hào)在計(jì)算用于觸發(fā)切斷裝置(5、6)的信號(hào)前在減法級(jí)中彼此相減。
6.按照權(quán)利要求5所述的裝置，其特征為加速度傳感器(1a、1b)是線性加速度傳感器。
7.按照權(quán)利要求5所述的裝置，其特征為至少其中一個(gè)加速度傳感器(1a、1b)按這樣的方式設(shè)置，即，它在工具機(jī)正常工作狀態(tài)提供一個(gè)最大的輸出信號(hào)。
全文摘要
一種用于避免在用手動(dòng)進(jìn)給的工具機(jī)(M)工作時(shí)由于工具卡死造成事故的方法和裝置,此工具機(jī)配備一切斷裝置(5、6),用于根據(jù)通過(guò)運(yùn)動(dòng)測(cè)量裝置(1)測(cè)得的工作狀態(tài)中止驅(qū)動(dòng)電機(jī)(7)對(duì)工具(8)的作用,運(yùn)動(dòng)測(cè)量裝置最好有兩個(gè)加速度傳感器(1a、1b),它們的測(cè)量值(a1、a2)在進(jìn)一步作信號(hào)分析前相減。由此能可靠檢測(cè)到卡死故障,以及除此之外可對(duì)于工具機(jī)任何可能的使用位置補(bǔ)償作為干擾量的重力加速度。
文檔編號(hào)B25F5/00GK1256383SQ9912286
公開(kāi)日2000年6月14日 申請(qǐng)日期1999年12月7日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月10日
發(fā)明者謝爾·羅蘭, 黑爾曼·彼得, 邁爾·馬丁 申請(qǐng)人:希爾蒂股份公司